Lista 1 de exercícios - Gases ideais

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS 
 
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 tecnologia para a vida 
 
 
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Lista de Exercício 1 – Termodinâmica Química 
GASES IDEAIS 
 
Prof. Claudinei 
 
1) Dezoito gramas de vapor de água estão contidos em um recipiente de 1 m3 de capacidade, 
mantido a temperatura de 100oC. Determine a pressão do vapor de água. R: 3102,37Pa ou 
0,03076atm. 
 
2) O dióxido de carbono (CO2) foi coletado em um recipiente de 10 L, mantido a temperatura de 
25oC. Quando a pressão do recipiente atingir 10 atm, determine o número de mols e a massa do 
gás coletado. 
 R: 4,09mlos; 180,0g. 
 
3) Um gás inicialmente a pressão de 10 atm e contido em um recipiente de 10 L sofre uma 
transformação isotérmica até que a pressão atinja 5 atm. Determina o volume ocupado pelo gás. 
 R: 20L. 
 
4) 10 mols de um gás foi coletado em um recipiente de 5 L e a uma pressão de 100 atm. 
Determine a temperatura deste gás. R: 609,76K. 
 
5) Cinco gramas de etano estão contidos em um bulbo de 1 dm3 de capacidade. O bulbo romperá 
se a pressão interna exceder a 1 Mpa. Supondo que o gás tenha comportamento ideal, determine 
em que temperatura a pressão do sistema atingirá o valor de ruptura. R: 449oC. 
 
6) Um grande cilindro para estocar gases comprimidos tem um volume de cerca de 0,050m3. Se 
um gás é estocado sob uma pressão de 15 Mpa e a 300 K, quantos mols do gás estarão contidos 
no cilindro? Qual será a sua massa se o mesmo for o oxigênio? R: 300 mols, 9,6Kg. 
 
7) A composição em peso de um certo gás é: 5% de hidrogênio, 55% de monóxido de carbono, 
10% de dióxido de carbono e 30% de nitrogênio. Considerando esta mistura como um gás ideal, 
pede-se: 
a) Determinar a composição volumétrica e as frações molares dos componentes. 
b) Determinar a pressão total quando 5 gramas do gás estiverem encerradas em um 
recipiente de 2 litros, e na temperatura de 25oC. 
c) Determinar a pressão parcial de cada componente da mistura no recipiente 
mencionado. 
R: a) 43,1%; 34,5%; 3,4%; 19% 0,431; 0,345; 0,034; 0,19. 
 b) 3,54 atm. c) 1,53 atm; 1,22 atm; 0,12 atm; 0,67 atm. 
 
8) A composição volumétrica aproximada do ar é: 78,1% de nitrogênio, 21,0% de oxigênio e 0,9% 
de argônio. Supondo ideal o seu comportamento, calcule a sua composição em peso e a sua 
massa molar média. R: 75,5%; 23,2%; 1,3%; 28,95 gramas. 
 
9) Dois recipientes estão cheios com oxigênio e nitrogênio a 25oC e interconectados por uma 
válvula: 
 Recipiente com oxigênio – 500mL – 1 atm 
 Recipiente com nitrogênio – 1500 mL – 0,5 atm 
 Supondo como ideais ambos os gases, calcular a pressão total do sistema e as pressões 
parciais de cada componente após a abertura da válvula e completa mistura dos mesmos 
(considerar que a temperatura não sofre alteração no processo). 
 R: 0,623 atm; pO2 = 0,249 atm; pN2 = 0,373 atm. 
 
10) Uma amostra de ar é coletada sobre água a 20oC. A pressão total do ar úmido coletado no 
equilíbrio é igual a 1 atm, e a pressão de vapor de equilíbrio da água a 20oC é igual a 17,54 torr. A 
composição molar do ar após a sua secagem é: 78% de N2, 21% de O2 e 1% de Argônio. 
 
 
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Considerando o ar como gás ideal, calcule as pressões parciais e as frações molares de cada 
componente na mistura úmida. 
 R: 0,762 atm; 0,205 atm; 0,098 atm; 0,762; 0,205; 0,0098. 
 
11)Estimar a pressão em Pascal exercida por um gás que contém 5x1018moléculas por centímetro 
cúbico a 300K. R: 2,04x104Pa 
 
12) Supondo-se que o ar seco contenha 79% de N2 e 21% de O2, em volume calcular a densidade 
de ar úmido, a 25oC e 1 atm de pressão, quando a umidade relativa é 60%. A pressão de vapor da 
água, a 25oC, é de 23,76torr. R: 1,171 g/L. 
 
13) Se você fosse construir um barômetro para a medida da pressão atmosférica ao nível do mar 
usando álcool etílico (d=0,798g.mL-1 ) no barômetro em vez de mercúrio, qual seria a altura 
mínima necessária do tubo de vidro, de área de seção reta 1cm2 , necessária para permitir a 
leitura ? Qual seria a altura do tubo se a sua área fosse de 2cm2? 
 R: >13m; a mesma. 
 
14) O ar alveolar do pulmão humano contém em volume: 80,5% de nitrogênio, 14,0% de oxigênio 
e 5,5% de gás carbônico. Se a pressão no pulmão é de 760mmHg e a pressão parcial do vapor 
d’água é de 47mmHg, calcule as pressões parciais exercidas por estes componentes principais. 
 R: 574, 100 e 39mmHg. 
 
15) Um frasco contém uma mistura de H2 e O2. A pressão total é de 1,5atm à temperatura de 
270C. Se o O2 é retirado, a pressão cai para 0,5atm e a massa do sistema cai de 16gramas. 
Calcular o volume do frasco, a massa de H2 presente e a fração molar de cada componente da 
mistura original. 
 R: 12,3 litros; 0,33 e 0,67; mH2= 0,5g. 
 
16) Um gás insolúvel, produzido durante fermentação por uma cultura de bactérias, foi coletado 
acima de água a 300C e sob pressão de 750mmHg. Se ele ocupasse 430ml sob estas condições, 
calcular o volume do gás seco nas CNTP. (Pressão de vapor de água a 300C=32mmHg) 
 R: 366ml. 
 
17) Que pressão de ar a 300C seria necessária para levar a cabo a combustão de 1,5g de ácido 
lático em um recipiente de 1 litro de capacidade? (Acido lático= CH3CHOHCOOH, MM=90g mol-1; 
o ar contém 21% de oxigênio em volume). R: 5,9atm. 
 
18) Um sistema é constituído por 16g de oxigênio, 8g de hélio e 21g de nitrogênio. Pergunta-se: 
a) Qual será o volume ocupado por este gás a 270C e sob pressão de 150mmHg? R:405,6L 
b) Qual será a pressão total, quando a mistura gasosa mencionada acima for colocada a volume 
constante e a 300C, sobre água? A pressão de vapor de água a 300C é 31,82mmHg. 
 R: 183,3mmHg 
c) Qual a fração molar de cada componente gasoso do gás úmido no item anterior? R: 0,127; 
0,191; 0,509; 0,174. 
d) Quer-se duplicar a pressão do gás mediante a introdução de argônio na mistura, mantida 
inicialmente nas CNTP. Quantos gramas de argônio serão empregados? R: 129,7g 
e) Caso a pressão inicial fosse de 200mmHg e a temperatura de 1270C, quantos gramas de 
argônio seriam utilizadas para duplicar a pressão? R:129,7g 
f) Qual o número de moléculas por mililitro, na mistura gasosa inicial, nas condições de 
temperatura e pressão indicadas no item (a)? R: 4,82x1018moléculas 
 
19) Uma amostra gasosa, de massa 0,400g, é recolhida sobre água, a 400C e sob pressão de 
720mmHg. A massa molar do gás é 32,0g.mol-1. Qual o volume do gás úmido? A pressão de 
vapor da água a 400C é 55,32mmHg. Quantos gramas de água estarão presentes na amostra do 
gás úmido? R: 366mL; 18,7mg. 
 
 
 
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20) Para evitar um estado de euforia que pode ser muito arriscado, mergulhadores de águas 
profundas respiram uma mistura constituída, em percentagem molar, de 10,0% de O2, 10,0% de 
N2 e 80,0% de He. 
a) Calcule a massa molar desta mistura. 
b) Qual a razão entre a densidade deste gás e a densidade do ar (MM=29,0g mol-1)? 
R: 9,20g/mol; 0,317. 
 
21) Exercícios do Livro Atkins Volume 1: 1.1(a), 1.2(a), 1.3(a), 1.4(a), 1.5(a), 1.8(a) e 1.11(a). 
 
 
 
 
 
EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 
 
1) Um balão perfeitamente elástico até seu limite de ruptura de 1,68L, foi preenchido ao nível do 
mar com 1L de um gás ideal leve. A que pressão atmosférica ele pode subir antes de romper-se? 
(Considerar temperatura constante de 25oC ) R: 60,25kPa. 
 
2)Estimar a pressão em Pascal exercida por um gás que contém 5x1018moléculas por centímetro 
cúbico a 300K. R:2,04x104Pa 
 
3) Para uma mistura gasosa no campo gravitacional da Terra os gases, considerando condições 
isotérmicas, obedecem a lei de distribuição de pressões representada pela expressão,: 
pi = pi0. e-MM.g.z/RT 
onde pi=pressão parcial do gás 
 pi 0=pressão parcialdo gás ao nível do mar 
 MM = massa molar do gás 
 z = altitude 
 g = aceleração da gravidade. 
Calcule a pressão parcial do gás oxigênio a 200C numa altitude de 10.000m, comumente adotada 
em vôos de jatos comerciais. R: 0,06atm 
 
4) Considerando o balão elástico do problema 1 e a expressão da lei de distribuição de pressões, 
apresentada no problema anterior, calcule a altura aproximada que o referido balão, cheio com 
gás hidrogênio, deve subir para que venha a romper-se. R:65,60km 
 
5) Supondo-se que o ar seco contenha 79% de N2 e 21% de O2, em volume calcular a densidade 
de ar úmido, a 25oC e 1 atm de pressão, quando a umidade relativa é 60%. A pressão de vapor 
da água, a 25oC, é de 23,76torr. R:1,171g/L. 
 
6) A pressão do gás em um recipiente de reação de volume fixo deveria ser reduzida para 
10mmHg. A bomba de vácuo disponível podia abaixar a pressão somente para 15mmHg à 
temperatura do laboratório de 17oC. Seria possível obter-se o vácuo desejado resfriando o 
recipiente em mistura de gelo-sal a –25oC ? Que massa de sal deveria ser adicionada a 1L de 
água pura para que o banho gelo-NaCl fosse preparado (kcrioscópica[água] = 1,86oC) ? 
R: não; 393g 
 
7) Considere um manômetro de ramo aberto para a atmosfera, ligado a um cilindro que contém 
um gás. O mercúrio no ramo aberto do manômetro se encontra 121mm acima do nível do 
mercúrio na extremidade do manômetro ligada ao gás. Em uma medida realizada no mesmo 
ambiente mediu-se em um barômetro a pressão atmosférica encontrando-se 743mmHg. Qual a 
pressão do gás dentro do cilindro em mmHg, em torr, em atm, em Pa e em kPa ? 
R: 804mmHg; 864 torr; 1,14atm; 1,15x 105 Pa e 115kPa. 
 
 
 
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8) Um recipiente de capacidade de 250mL cheio de argônio a 0oC e 760mmHg pesou 48,30g. 
Cheio, a 300C e 795mmHg, com gás liberado por uma cultura fotossintetizante de algas verdes, 
pesou 48,17g. Considerando o gás desconhecido um composto seco e puro tente descobrir sua 
composição sabendo que a densidade do argônio nas CNTP É DE 1,78g/L. R: oxigênio 
 
9) Um frasco contém uma mistura de H2 e O2. A pressão total é de 1,5atm à temperatura de 
270C. Se o O2 é retirado, a pressão cai para 0,5atm e a massa do sistema cai de 16gramas. 
Calcular o volume do frasco, a massa de H2 presente e a fração molar de cada componente da 
mistura original. R: 12,3 litros;0,33 e 0,67; mH2= 0,5g. 
 
10) 3,43g de PCl5 são introduzidos num frasco de um litro e aquecidos até a temperatura de 500K, 
sob pressão de 1atm. O pentacloreto se dissocia segundo a reação: 
PCl5(g) → PCl3(g) + Cl2(g). 
Estimar o grau de dissociação do PCl5 na temperatura de 500K, sob pressão ambiente. R: 48% 
 
11) Propôs-se fazer pequena quantidade de uma mistura de gases contendo 95% de N2 e 5% de 
CO2(% em volume). Um vidro de relógio contendo uma porção pesada de carbonato de sódio 
anidro foi colocado flutuando sobre ácido sulfúrico concentrado na base de um dessecador a 
vácuo. Fêz-se vácuo várias vezes e preencheu-se o dessecador com 2 litros de nitrogênio gasoso 
puro a 740mmHg. O dessecador foi então inclinado de modo a permitir que o carbonato reagisse 
com o ácido. Que peso de carbonato de sódio deveria ter sido empregado para produzir a mistura 
gasosa correta? (Temperatura=17oC; P.M. [Na2CO3 anidro] =106). R: 457mg. 
 
12) Sob condições anaeróbicas, uma suspensão de bactéria Micrococcus denitrificans reduzirá 
quantitativamente o nitrato a nitrogênio gasoso se lhe for fornecido substrato oxidável em excesso, 
como, por exemplo, succinato. 
6 H2O + 2NO3- 
 + 10e- → N2 + 12 OH- 
 Duzentos ml de uma suspensão lavada de M. Denitrificans à qual se forneceu succinato em 
excesso e 0,25 mol de nitrato, foram incubados a 30oC em uma garrafa fechada de 2 litros de 
capacidade e que, após a introdução da suspensão, continha uma atmosfera de N2 livre de 
oxigênio a 750 mm Hg. Qual seria a pressão final de gás nesta garrafa após a completa redução 
do nitrato? ( Considerar desprezível a solubilidade do N2 no meio de cultura. ) R: 2,714atm. 
 
13)Recentemente, organismos biológicos foram descobertos vivendo em grandes profundidades 
no fundo de oceanos. As propriedades das substâncias variam sensivelmente nestas condições 
por causa da enorme pressão hidrostática exercida em virtude do peso da camada de oceano 
sobre elas. Os organismos precisam equilibrar suas pressões internas com a pressão hidrostática 
externa de forma a não serem esmagados. 
a) calcule a pressão hidrostática do oceano sob uma profundidade de 2.500m. R: 2,46x107Pa 
b) considere um balão cheio com oxigênio a 1atm e ocupando um volume de 10L a 293K. 
Considerando comportamento ideal, qual deveria ser o seu volume no oceano, na temperatura 
de 277K, na profundidade de 2500m? R: 39mL 
 
14)Determinar a massa molar de uma mistura de CO e CO2 que tem massa volumétrica igual a 
1,33g/L, a 20oC e sob pressão de 1atm. A partir desta determinação estimar a composição da 
mistura gasosa. R: 32g/mol; 75% de CO e 25% de CO2 
 
15) Oxigênio pode ser produzido pela decomposição da água oxigenada: 
2H2O2 (aq) → 2H2O + O2(g) 
 
a) qual volume de O2 a 25oC e 1,00atm pode ser produzido a partir de 1,0mL de uma solução 
contendo 3,00% de H2O2 em massa e tendo uma densidade de 1,01g/mL? R: 0,0109L 
b) O rótulo no recipiente de água oxigenada informa que a solução é a 10 volumes, ou seja 
produz dez vezes o seu volume de gás oxigênio. A informação é verdadeira ? R: sim.